铜接地网变电站周围环境的铜污染土壤采样方法

摘要

本发明公开了一种铜接地网变电站周围环境的铜污染土壤采样方法，其特征是：以变电站为圆点，以圆点位置为铜污染源位置，针对铜污染源采用三因素三水平的正交试验方案，三因素分别是指取样方向、取样距离和取样深度，三水平是指取样方向三水平分别为0°、120°和240°；取样距离三水平分别为100m、300m和500m；取样深度三水平分别为0.2m、0.6m和1.0m；按照正交表在变电站周围采集土样。对于采集土样采用火焰原子吸收分光光度法测量土样中的铜离子含量，参照土壤环境相关标准值，能够准确评价变电站周围土壤铜污染程度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种土壤采样方法，特别是铜接地网的使用对变电站周围环境的铜污染土壤采样方法。

背景技术

随着电力系统的发展，对接地的要求也越来越高。长期、可靠、稳定的接地系统，是维持设备稳定运行、保证设备和人员安全的根本保障。接地系统长期安全可靠运行的关键在于选择品质好的接地材料和可靠的连接。与热镀锌钢接地体相比较，铜接地体在导电性能、耐腐蚀性和施工等方面有很大的优越性，因此越来越多的新建变电站及老变电站地网改造都选择使用铜接地网。

铜接地网材料在使用中一个需要关注的问题是其对变电站周围环境的影响。土壤中的铜通过食物链在人体和牲畜体内累积，直接或间接危害人体健康。过量的铜与人体内的蛋白质和酶结合，产生不可逆的变性，导致生理代谢过程障碍，或与脱氧核糖核酸相互作用而导致生理突变。人食入过量铜后，可在肝、脑、肾等组织中积累，而引发肝铜病、脑铜病和肾铜病等。

目前，在铜污染评价过程中的取样方法存在较大的问题，土壤铜污染取样方法主要有两种，一是在规定范围内网格式布点，二是根据土壤类型或水源不同取样。其中网格式布点采样点过多，在规定范围内能得到较为客观的数据，但是由于取样点过多，测试和分析工作量巨大。按照土壤类型或水源不同取样，适合范围较大且土壤类型和水源较为丰富的地区铜污染分析，对于变电站这种小范围，且土壤类型相对单一的地区此种方法显然不适合。同时，目前土壤铜污染研究一般取30cm以内表层土壤，也就是说目前研究土壤铜污染只是考虑到了铜污染的广度，但实际上，铜污染也存在着深度问题。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种铜接地网变电站周围环境的铜污染土壤采样方法，以便能准确评价变电站周围土壤铜污染程度。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明铜接地网变电站周围环境的铜污染土壤采样方法的特点是：

以变电站为圆点，以所述圆点位置为铜污染源位置，针对所述铜污染源采用三因素三水平的正交试验方案，所述三因素分别是指取样方向、取样距离和取样深度，所述三水平是指取样方向三水平分别为0°、120°和240°；取样距离三水平分别为100m、300m和500m；取样深度三水平分别为0.2m、0.6m和1.0m；按照正交表在变电站周围采集九组土样；

所述取样方向为随机确定0°方向；

所述九组土样为：

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明明确了取样的三要素，即取样距离、取样深度、取样距离，对土壤类型及水源没有特殊要求，因此适用范围更广；

2、本发明布点采用的是正交试验法，取样量少、工作量小、代表性强；

3、本发明三要素中包含了不同的取样深度，充分考虑到土壤铜污染的深度，评价结果更加全面、更加准确。

具体实施方式

本发明铜接地网对变电站周围环境的铜污染评价方法是：

以变电站为圆点，以所述圆点位置为铜污染源位置，针对所述铜污染源采用三因素三水平的正交试验方案，三因素分别是指取样方向、取样距离和取样深度，所述三水平是指取样方向三水平分别为0°、120°和240°；取样距离三水平分别为100m、300m和500m；取样深度三水平分别为0.2m、0.6m和1.0m；按照正交表在变电站周围采集九组土样。采用火焰原子吸收分光光度法测量土样中的铜离子含量，对于测定土样中铜离子含量，参照土壤环境相关标准值，确定变电站周围土壤是否受到铜污染。

正交试验法是研究和处理多因素试验的一种科学方法，具有“均衡分散，整齐可比”的特点，能在考察的范围内，选出代表性强的少数试验做到均衡抽样，这样就可以通过最少的试验次数得到最优的方案。与其他试验设计方法相比，具有代表性强、效率高的特点。

正交试验最简单的分析法就是极差分析法，极差分析法主要有三个参数，分别是K_ij、k_ij、和R_j。其中K_ij为第i列上第j个水平的试验结果总和；k_ij为K_ij的平均值；极差R_j为max|k_ij｜与min｜k_ij｜的差值。一般可通过比较k_ij的大小决定某一因素的最佳水平，根据极差R_j的大小，可以判断各因素对试验指标的影响主次，R值越大表示因素对指标的影响越大，因素越重要。

本实施例针对安徽某500kV变电站，取样距变电站水平距离分别为100m、300m和500m；取样深度分别为0.2m、0.6m和1.0m；取样方向分别为0°、120°和240°，变电站周围取样点如表1所示，每个取样点的取样量大于500g，取样器和容器均为非铜质制品。

表1变电站周围土壤取样位置

土壤经自然风干后，除去土样中石子和动植物残体等异物，用木棒研压后，过100目筛，混匀后作为土壤样品备用。

参照GB/T17138-1997《土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收分光光度法》进行土壤中铜含量的测定：称取一定量土壤样品于聚四氟乙烯坩埚中，用水湿润后加入盐酸，于通风橱内的电热板上低温加热，使样品初步分解，待蒸发一段时间后，取下稍冷，然后加入硝酸、氢氟酸、高氯酸，加盖后于电热板上中温加热。当加热至冒浓厚白烟时，加盖，使黑色有机碳化物分解。当白烟基本冒尽且坩埚内容物呈粘稠状时，取下稍冷，用水冲洗坩埚盖和内壁，并加入硝酸溶液温热溶解残渣。然后将溶液转移至容量瓶中，冷却后定容。

本实施例中，相关的土壤环境质量评价标准采用安徽地区土壤环境背景值和GB/T15618-1995《土壤环境质量标准》二级标准值。其中安徽地区土壤环境背景值取自国家环境保护局和中国环境监测站编制的《中国土壤元素背景值》（中国环境科学出版社1990年出版），《土壤环境质量标准》二级标准值表示的是为保障农业生产，维护人体健康的土壤限制值。

表2表示的是土壤环境质量评价标准，其中，19.3mg/kg是摘自国家环境保护局和中国环境监测站编制的《中国土壤元素背景值》；100mg/kg是摘自GB/T15618-1995《土壤环境质量标准》)。

表2土壤环境质量评价标准

元素环境背景值（安徽）土壤环境质量二级标准（pH>6.5）Cu19.3mg/kg100mg/kg

评价方法采用目前国内外普遍采用的污染指数法，包括单因子指数法和内梅罗综合指数法。

单因子指数法如式(1)所示：

P_i=C_i/S_i  (1)

式(1)中，P_i为土壤中污染物i的环境质量指数；C_i为污染物i的实测值mg/kg；S_i为污染物i的评价标准mg/kg。P_i≤1表示未污染；P_i＞1表示污染，且P_i值越大，污染越严重。

内梅罗综合指数法如式(2)所示：

式(2)中，(C_i/S_i)_max为土壤污染中污染指数的最大值；(C_i/S_i)_ave为土壤污染重污染指数的平均值。土壤综合污染分级标准如表3所示。

表3土壤综合污染分级标准

等级划分P_综合污染等级污染水平1P_综合≤0.7安全清洁20.7＜P_综合≤1警戒级尚清洁31＜P_综合≤2轻污染土壤轻污染，作物开始受到污染42＜P_综合≤3中污染土壤作物均受中度污染53＜P_综合重污染土壤作物均受污染，且已相当严重

该500kV变电站周围土壤中铜含量测试结果如表4所示：

表4安徽省某500kV变电站周围土壤测试结果

该500kV变电站周围土壤中铜含量的统计分析如表5所示：

表5土壤中铜含量的统计分析

元素最小值最大值中值平均值标准差Cu6.76039.7423.2522.688.994

从表4和表5可以看出：该500kV变电站周围土壤中的铜含量的中值和平均值均超过安徽地区土壤环境的平均值，但其含量均未超过二级标准值。

按照单因子指数法进行评价，P_i远小于1，表明变电站周围土壤并未受到铜污染。

按照内梅罗综合指数法进行评价，P_综合仅为0.3235，明显低于0.7的安全值，表明该变电站周围土壤是清洁的，并未受到铜污染。

按照正交试验对表4中的测试结果进行了分析，分析结果如表6所示。

表6该变电站周围土壤中铜含量的正交分析

试验号方向距离取样深度10°100m0.2m20°300m0.6m30°500m1.0m4120°100m0.6m

5120°300m1.0m6120°500m0.2m7240°100m1.0m8240°300m0.2m9240°500m0.6mK10.48340.87270.7945K20.95340.49530.6975K30.60410.67290.5489k10.1611330.29090.264833k20.31780.16510.2325k30.2013670.22430.182967R0.1566670.12580.081867

从表6中可以看出，变电站周围土壤中的铜含量并不是随着取样方向的变化而变化，而是在当取样方向为120°时，其土壤中的铜污染指数出现最大值。鉴于取样的方向并不是固定的，而是随机确定0°方向，然后每隔120°确定一个方向。这也就说明，该变电站周围土壤中的铜含量并不与变电站内的铜接地网密切相关，而是在120°方向可能有其他的铜污染源。

从表6中可以看出，该变电站周围土壤中的铜含量并不是随着取样距离的变化而变化，而是在当取样距离为300m时，其土壤中的铜污染指数出现最小值。如果该变电站周围土壤中的铜含量受变电站内铜接地网影响，那么其铜含量应该是随着取样距离的增大而逐渐减小，但实验结果却并非如此，这也就表明该变电站周围土壤中的铜含量并不与变电站内的铜接地网密切相关。

从表6中还可以看出，该变电站周围土壤中的铜含量随着取样深度的增加而降低，即表层土壤中的铜含量最大，深层土壤中的铜含量最小。这一现象表明该变电站周围土壤中的铜含量是受土壤表层污染物的影响，而并非是变电站内铜接地网的影响。